三相四线制配电系统中电能质量的综合治理研究文献综述

2020-05-22 21:12:00

文献综述

1.课题的背景与意义

三相四线制配电系统电能质量的综合治理研究在当今社会与人们的生活生产质量有着密不可分的关系。电能质量关系到电力系统及其电气设备的安全和效率，关系到节能降耗，关系到生活以及国名经济的总体效益。近年来,随着国民经济和电力系统的发展,电能供求关系的矛盾已逐步得到解决,但与此同时,有关电能质量的问题却日益引起人们的重视。电能质量如不能达到规定的要求,会给工、农业生产和日常生活带来种种问题,造成不可避免的损失。现代电力系统提出电能质量问题的概念是,任何出现的电压、电流以及频率偏移导致的用户设备损坏或运行不正常的电能问题,主要包括频率、电压、波形等内容。

电力用户出于安全生产及经济效益等因素,对电能质量问题越来越重视。

(1)越来越多的现代化生产设备(如数控机床、高精度测量仪器和计算机控制系统等)以计算机或微处理机、电力电子器件等为核心,这对电能质量提出了更高的要求。

(2)为提高生产效率,使得现代的生产过程趋向自动化和智能化,许多先进设备被集成起来。集成系统的安全可靠运行需要高质量的供电保证。

(3)电力用户意识到电能质量问题可能导致其生产成本增加,造成巨大的经济损失。这也是电能质量问题日益受到重视的关键所在。

(4)表1给出了国外有关资料所提供的电压骤降(Sag)对一些电力设备的影响,从中可进一步看出解决电能质量问题的重要性。

表1

设备名称	电压骤降造成的影响结果
制冷电子控制器	当电压低于80%时,控制器动作将制冷电机切除,导致巨大的经济损失
某公司芯片测试仪	当电压低于85%时,芯片烧毁,测试仪停止工作,其内部电子电路主板故障
可编程控制器(PLC)	早期的产品,当电压低于10%时,仍能持续工作15个周期;新版产品, 当电压低于 50%时,PLC停止工作;而2年后的另一种介绍,当电压低于81%时,PLC停止工作;
一些I/O设备,	当电压低于90%、持续时间仅几个周期,就会被切除
直流电机	当电压低于80%时,直流电机被跳闸,每次损失数量级达1万美元
调速电机(VSD)	当电压低于70%、持续时间超过6个周期时,VSD被切除。而对于一些精细加工业中的电机,当电压低于90%、持续时间超过3个周期时,电机就会被跳闸而退出运行
交流接触器	有的研究表明当电压低于50%、持续时间超过1个周期时,接触器被脱扣;而有的研究表明,当电压低于80%、甚至更高,接触器就会脱扣
计算机	当电压低于60%、持续时间超过12个周期,计算工作受到影响,如数据丢失

2.课题的国内外研究现状的介绍以及应用

随着对电能质量问题的日益重视,电能质量问题的治理方法近年来也得到了很快的发展。电力电子、计算机和控制技术的飞速发展对电能质量问题的解决起到了重要的推动作用,使得电能质量的补偿控制从传统的技术发展到现在一系列基于电力电子装置的”用户电力技术(CustomPowertechnique)”。

传统方法

(1)调节有载调压变压器的分接头,可保持电压稳定,保证电压质量,但不能改变系统无功需求平衡状态,同时也可能影响变压器运行的可靠性。

(2)局部并联电容器组,可补偿系统无功功率,解决电压偏低的情况,但对轻载电压偏高的电能质量问题却无能为力。

(3)无源滤波器是传统的抑制谐波电流的主要手段,它通过LC谐振吸收电网中的谐波电流,但只能抑制固定频率的谐波,同时也可能造成系统谐振。

(4)通过备用发电机组和机械式双电源切换装置(gt;2s)等方法对重要用户连续供电。

以上传统方法都能在一定程度上解决电能质量问题,但也都存在着本身无法克服的缺陷,因此必须提出新的解决电能质量问题的方法。

基于用户电力技术的解决方法

电力电子技术的应用给解决电能质量问题开拓了广阔的前景,用户电力技术将电力电子、计算机和控制等高新技术运用于中低压配用电系统,形成了一系列的电能质量补偿控制设备,可完美地解决谐波畸变、电压波动和闪变、电压不对称等问题,从而大大提高了电网的电能质量。用于改善电网电能质量的用户电力技术主要用到以下装置。

(1)静止调相机(STATCOM),用以调节电压和系统功率因数,用于动态非线性负载,如电弧炉等。 (2)固态电子转换开关(SSTS),用于双回线路的切换,克服传统的机械开关反应慢的弊端,保证对重要用户可靠供电。

(3)动态电压恢复器(DVR),补偿电源电压波动和闪变等,用于敏感负荷,如半导体生产厂家。

(4)不间断稳压电源(UPS),用于重要负荷,如银行、医院等。

(5)有源滤波器(APF),抑制非线性负载产生的电流谐波,消除其对电网造成的谐波污染。用户电力技术家族中的各种现代电能质量补偿控制设备的特点是可以快速、动态地补偿配电网中各种电能质量问题,对电力系统运行的影响小。它们的协调配置可将配电系统改造成无电压波动、无不对称以及无谐波的柔性化网络,满足电力负荷对电能质量日益提高的需求。

3.三相四线制配电系统电能质量的综合治理研究课题应用前景

（1）工业整流负载谐波与补偿一体化技术。如图1 所示，该技术是将单独串联谐振注入型有源滤波器与无源滤波器并联，由无源部分补偿无功功率，由有源部分和无源部分共同抑制谐波，其可有效降低网侧电流的谐波含量，提高功率因数。

（2）高压配电网谐波与无功综合动态补偿技术。在高压配电网，混合型有源电力滤波器（HAPF）能进行谐波动态补偿，但无法进行大容量无功连续补偿；含晶闸管控制电抗器（TCR）的静止无功补偿器（SVC）能进行无功连续补偿，但会产生额外谐波。由HAPF 与SVC 组成的综合补偿系统被提出来同时实现谐波和无功动态补偿功能。TCR 与PPF 实现无功动态补偿，HAPF 治理负载谐波和TCR 产生的谐波电流，实现谐波动态治理。

（3）有源电力滤波器多重化技术。在低压配电网某些大功率应用场合，单个有源电力滤波器由于功率开关管的电流等级限制，无法实现大容量的谐波治理。APF 并联不仅可提高容量，并且可提高等效开关频率，因而对单个开关器件的工作频率要求降低。

（4）多电平有源电力滤波器。在6 kV 及以上中高压配电网大功率场合，APF 由于功率开关器件电压等级限制，不能直接接入中高压配电网。因此级联型多电平有源电力滤波器被提出。级联型多电平逆变器与箝位型多电平逆变器（二极管箝位型、飞跨电容箝位型）相比具有以下优点：当输出电平数量相同时，所需要的功率器件比较少；容易实现模块化，易于扩展；基于低压小容量逆变器级联的组合技术比较成熟，容易实现。

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